的沸腾是状态的改变或液相为气态。当液体被加热到沸点时会发生这种情况:液体的蒸气压等于施加在液体表面的大气压的温度。
通常,在沸腾时,热量在装有液体的容器的下部提供。随着气泡向液体表面的上升,气泡的形成开始逐渐增加,因为气泡上的压力随着气泡的上升而减小。
当液体沸腾时,据说已经达到沸点。资料来源:
当加热的液体是水时,气泡中会包含水蒸气;反之,也就是说,它们已经包含气态水。另外,气泡分布在整个液体体积中。在1个大气压(760毫米汞柱)的压力下,水的沸腾温度约为100ºC。
为了产生从液相到气态的状态变化,必须提供能量(汽化焓)。当沸腾发生时,水的温度保持恒定在100ºC,因为随着液态水分子以水蒸气的形式散发,热能会流失。
沸腾的类型
沸腾主要有两种类型:成核的和临界热通量。
在成核沸腾中,小体积的气泡在液体体积的不同位置形成。
温度升高后观察到气泡的形成
同时,在临界热流中,当提供热量以引起沸腾的表面加热到临界温度值以上时,沸腾就会发生,从而在表面上形成一层蒸汽。
沸点
决定沸点的因素
气压
大气压力的增加导致沸点的增加,因为必须增加水蒸气压力以使大气压力相等。为此,必须提高水温,这需要增加热量消耗。
相反,当气压降低时,如在海拔高度较高的山中所发生的那样,沸点降低,这是因为要求的蒸气压低于等于气压。
分子间力
溶液中的分子具有多种相互作用,包括:分散力或伦敦力,偶极-偶极力和氢键。这些力的大小越大,沸点越高。
需要热能来破坏分子之间的相互作用,以使它们具有足够的沸腾能量。例如:甲醚(C 2 H 6 O)的沸点为25°C,而乙醚(C 4 H 10 O)的沸点为78.5°C。
尽管具有相似的化学结构,但仍可解释沸点之间的差异,因为乙醚具有较高的分子量;它们都形成氢键,但C 4 H 10 O中的分散力比C 2 H 6 O中的分散力强。
沸腾和蒸发之间的区别
沸腾起源于热源附近的液体,然后扩散到整个液体体积中。在此插图中可以看到:
同时,蒸发是液体表面的现象。
当气液界面处的液体分子具有足够的能量来克服施加在其上的表面张力时,就会发生蒸发。因此它从液体的窦中逸出并进入气相。
蒸发可以在任何温度下发生,但其发生的可能性随温度的升高而增加。下图显示了从地面蒸发的水:
沸腾的例子
蒸汽灭菌
它在称为高压釜的设备中进行,该设备具有产生无法逃逸的水蒸气施加的高压的能力。同样,水的沸点也会增加,使水的温度达到100摄氏度以上。
在高压釜中,对用于组织培养的材料,外科手术材料,用于实验室的材料,培养基等进行灭菌。在高压釜中进行灭菌的条件是:15磅压力,121℃温度和15分钟的持续时间。
煮食物
将食物放在水中加热。在烹饪过程中,所使用的温度等于水的沸点(100ºC)。在经验表明的时间内,将食物加热以达到最佳的摄取条件。
中国食品使用最少的沸腾和蒸煮来保持食品的颜色,质地和风味。称为煮的烹饪类型使用低于沸点的温度。还可以通过使用蒸汽来烹饪食物。
压力锅
高压锅用于烹饪食物。其运行是基于其限制产生的水蒸气散发到大气中的能力,这会导致内部压力的增加。
施加在锅中液体表面上的压力的增加转化为沸点的增加和达到100ºC以上的温度。这减少了烹饪时间,因此节省了燃料消耗。
散热性
水在亲水性表面上沸腾,以冷却核反应堆和大功率电子设备,从而防止它们过热。为了达到沸点并沸腾,水必须从周围环境中吸收热量,这会导致温度降低。
溶质摩尔质量的测定
增加水的沸点是一种依数性。因此取决于溶解的溶质的浓度。知道了这一点,就可以估算出溶质的摩尔质量。但是,还有更精确的方法,例如质谱法,它仍然是有用的方法。
制糖业
在精制蔗糖以生产冰糖的过程中,将甘蔗汁煮沸,其达到的温度取决于其中糖的浓度。
甘蔗汁沸点的升高是溶液中糖浓度的量度。这是实现糖结晶的重要信息。
参考文献
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